矿山排水系统的技术经济分析

【摘要】对煤矿排水系统进行了技术分析和经济分析，并得出了几个重要的结论。

【关键词】并联工作；排水系统；技术经济分析；结论

1、前言

在矿山排水系统中，但台泵单糖管路的工作方式虽然存在，但随着用水量的变化，多台水泵并联和多趟管路并联组成的排水系统确是最为普遍。矿山排水设备是煤矿生产的大型设备，对矿井的生产、安全和经济效益都有着重要的影响。因此，对矿山排水系统的技术经济分析具有极其重要的意义。

2、水泵并联工作和管路并联工作

2.1水泵并联工作

现以2太台同性能水泵的并联工作情况来分析。图1是2台相同水泵I II的扬程特性曲线用I II表示。在同一扬程下，把曲线I II的横坐标相加，即得并联运转时的合成特性曲线I+II。

管路特性曲线III与并联运转时的合成特性曲线I+II的交点M即为并联运转时的工况点。并联后水泵的总流量为QM，扬程为HM，显然，两台相同水泵并联实得合成流量QM大于每台水泵单独运转时的流量Q1，2，而小于每台泵单独运转时的流量之和Q1+Q2，即Q1，2QM

水泵并联工作时，总的排水能力提高了，但由于管路阻力损失正比于流量的平方，因而管路的阻力损失加大，管路的效率由原来的Hsy/H1，2下降为Hsy/HM。其他多台水泵的并联工作可用同样的方法进行分析。

2.2管路的并联工作

现以最简单的一种形式为例，即单台泵两条管路并联工作（见图2）。某一趟排水管的特性曲线为1，另一趟排水管特性曲线为2，把两趟管路特性曲线的横坐标相加，得到管路并联后的合成特性曲线3，水泵的工况点由独立运转时的M1点或M2点变为M点，水泵的流量由Q1或Q2增大为Q，水泵的扬程由H1或H2下降为H3。

采取管路并联时，排水系统的排水能力增大，水泵的扬程降低，管路效率提高，无益功耗减少。其他更为复杂的情况可依此进行分析。

3、多台泵多趟管路的联合工作

为便于分析和讨论，对排水系统做假设和简化：所有的水泵性能相同；所有的管路特性相同；水泵和管路均为并联；单台泵单趟管路独立运转的工况点在额定工况点。矿山排水系统不外乎3种情况，以下逐一进行分析。

3.1水泵台数i等于管路趟数n（i=n）

这种情况可按单台泵单条管路独立运转考虑，没有采用水泵和管路联合工作的必要，而且即便采取联合工作的方式，其工作状况也不会发生变化。因此不再做详细的讨论。

3.2水泵台数i大于管路趟数n（i>n）

如图3所示，B1～i为每台泵的扬程特性曲线，g1～n为每趟管路的特性曲线（表达方式H=H0+RQ2），B为i台水泵并联的合成特性曲线，g为n趟管路并联的合成特性曲线。图中，M为此排水系统的联合运转工况点总流量为QM，扬程HM。联合运转时，每台水泵的流量、扬程为

Q1～i=QM/i H1～i=HM

显而易见：在i>n的联合运转情况下，每台泵产生的流量Q1～i小于该泵独立运转时产生的流量Qin；联合运转中的每台泵的扬程H1～i大于该水泵的单独运转的扬程Hin，即

Q1～iHin

3.3水泵台数小于管路趟数（i

此种情况与上面绘图分析方法一样，如图4所示。此时，Q1～i=QM/i，H1～i=HM，Q1～i>Qin，H1～i

4、技术经济分析

4.1如图3，4所示，N、η和Hs曲线分别代表水泵的功率曲线、效率曲线和允许吸上真空度曲线。

4.1.1水泵台数等于管路趟数（i=n）

当水泵台数等于管路趟数（i=n）时，属于单台泵单趟管路的独立运转，其工况与设计工况相同，技术性能不发生任何变化。

4.1.2水泵台数大于管路趟数（i>n）

（1）稳定性方面。由图3可知：水泵工作的扬程HM大于每台泵单独运转的扬程Hin，即HM>Hin，水泵的稳定性由H0/Hin增加为H0/HM，因而稳定性增强。

（2）气蚀方面。联合运转每台泵的流量Q1～i比水泵单独运转时的流量Qin小，即Q1～i

（3）负荷方面

由功率曲线可知，联合运转时每台水泵的工况点M’在独立运转工况点j的左侧，水泵负荷下降，不会出现过负荷。

4.1.3水泵台数小于管路趟数（i

（1）稳定性方面。由图4可知：水泵工作的扬程HM小于每台泵单独运转的扬程Hin，即HM

（2）气蚀方面。联合运转每台泵的流量Q1～i大于水泵单独运转时的流量Qin，即Q1～i>Qin，水泵的吸水高度和允许吸上真空度Hs下降，因而水泵抗气蚀能力降低。

（3）负荷方面。由功率曲线可知，水泵联合运转的工况点M’在独立运转工况点j的右侧，水泵负荷增大，有可能出现过负荷。

4.2经济分析

排水系统效率ηP与水泵的工况效率ηM’，管路效率ηj，电机效率ηd有关，即有ηP=ηM’ηjηd。由于电机效率变化很小，在分析时假定其不变。

4.2.1水泵台数等于管路趟数（i=n）

水泵台数等于管路趟数的情况下，系统效率不发生变化。

4.2.2水泵台数大于管路趟数（i>n）

由于HM>Hin管路效率由H0/Hin下降到H0/HM，同时，水泵工况偏离额定工况，水泵的工况效率ηM’下降。因此，排水系统的效率显著降低。

4.2.3当水泵台数小于管路趟数（i

此时，HM

通过以上的技术经济分析，可以得出如下几个结论：

（1）水泵工作台数等于管路趟数是理想的排水系统。其设计计算简单，安全有保证，技术可行，排水系统的效率高，经济效益好。

（2）从技术和安全的角度来看，采取水泵并联运转较好，而采取管路并联不好。但从经济角度考虑，采取水泵并联不好，而采取管路并联较好。

（3）当水泵电机欠载时，采取管路并联较好，当水泵电机满载时，不能采取管路并联。而当水泵过载时，采取水泵并联可以解决技术安全方面的问题，但此种方法经济性极差。

（4）确定排水系统和选型计算时，要尽可能满足水泵和管路的匹配，使水泵的工况在额定工况点附近，又使配置的管路经济效益较好，这样才能提高整个排水系统的效率。